Наука биогеография. Предмет, задачи и методы биогеографии презентация

Лекция 1. Наука биогеография
1.1. Предмет, задачи и методы биогеографии
Биогеография — наука о закономерностях географического распространения и размещения живых организмов и их сообществ на Земле. Возникнув на стыке географии, биологии и экологии, биогеография исследует законы и причины распределения отдельных таксонов и синтаксонов на планете с учетом современных физико-географических условий и геологической истории.
Специфика биогеографии состоит в сравнительно-географическом подходе к интерпретации данных и получении комплексных сопряжённых сведений об органическом мире. Основные объекты биогеографии - ареалы, биоты (флоры, фауны) и биомы.
Общая биогеография включает следующие разделы:
• хорологию (или ареалогию) — изучение географических ареалов отдельных таксонов и синтаксонов, их изменение во времени и причины формирования;
• географию отдельных флор, фаун и биот;
• географию сообществ и экосистем — закономерности их размещения в пространстве и особенности продукционного процесса в разных климатических условиях;
• историческую биогеографию.

Рассмотрим историю развития биогеографии, взяв за основу ее периодизацию по А. Г. Воронову:
I этап, первоначального накопления отрывочных биогеографических сведений (предыстория), длился довольно долго, вплоть до начала XVI в. Уже много веков назад люди обладали знаниями об окружающем мире, которые позволяли им выживать, давали пищу и одежду. Прежде всего это были сведения о распространении животных и растений. Первые упоминания о растениях и животных можно найти в легендах, мифах, древних книгах и наскальных рисунках, хотя количество видов растений и животных, известных в древности, было весьма незначительным.
Так, у Гомера (между XII и VIII вв. до н. э.) упоминаются 63 растения, а в сочинениях
«отца медицины» Гиппократа (460-377 гг. до н. э.) - 236.
На самостоятельное изучение: История развития биогеографии. Учебник, стр. 6-14.
В эпоху Средневековья продолжалось постепенное накопление фактов о распространении животных и растений, однако часто наряду с научными сведениями приводились и фантастические.
В конце этого периода сведения о растительности и животном мире Земли значительно пополнились благодаря путешествиям Марко Поло (1254-1324).

Важнейшим свойством живого вещества является его способность распространяться по земной поверхности и быстро занимать (осваивать) все свободное пространство. В. И. Вернадский назвал это свойство «всюдностью жизни».
Постоянное «давление жизни» на неживую природу приводит к тому, что в течение всего геологического времени живое вещество заселяло максимально возможное пространство на нашей планете. Эта способность может быть связана как с интенсивным размножением, так и со способностью организмов интенсивно увеличивать поверхность своего тела (например, площадь листьев растений, длину корневых систем) или численность образуемых ими сообществ.
Еще Ч. Дарвин рассчитал, что потомство одной бактерии, которая делится каждые 20 мин., через 36 ч. покроет весь земной шар слоем толщиной 30 см, а ещё через 2 ч. - слоем в 2 м. Но в реальности этого не наблюдается и каждый вид занимает на земной поверхности определённую область (ареал).
Географические свойства жизни

Географические свойства жизни
Локализация, т. е. выбор собственного конкретного места в пространстве для взаимодействия с факторами среды;
Экспансия - стремлению разведать потенциальную территорию своего влияния;
Колонизация, т. е. освоению пустующих земель;
Оккупация — захват чужой, уже занятой, территории;
Конгруэнция — способность уживаться с другими видами в рамках единой территории;
Коммунальность, т. е. образование неразделимых взаимосвязанных коадаптивных композиций биоты.
Решающее значение при этом имеют биологические свойства организмов. Потенциальные возможности видов к распространению различны и зависят от двух факторов — способности к размножению (плодовитости) и способов распространения.

Способы распространения организмов
Распространение — это перемещение индивидуумов, их диаспор или личинок. Оно может быть пассивным, если обеспечено внешним агентом, и активным, когда организм обеспечивает своё распространение какими-либо способами передвижения.
Диаспо́ра (греч. διασπορά — рассеяние, разбрасывание) — в ботанике: часть растения различной морфологической природы (спора, семя, плод, клубень и т. п.), естественно отделяющаяся от материнского организма и служащая для размножения и расселения.
Пассивное распространение
Активное распространение
расселение видов, которые способны быстро и длительно передвигаться.
Среди водных видов это китообразные, среди наземных - волк (Canis lupus), среди крылатых - перелетная саранча (Locusta migratoria).
Эффективность пассивного распространения сильно зависит от особенностей агентов переноса и степени адаптации распространяющихся организмов.
1. Некоторые формы не используют внешние источники энергии для распространения.
2. Распространение при помощи ветра, или анемохория
3. Проточные пресные воды являются природным агентом переноса водных организмов (гидрохория).
4. Морские течения
5. Распространение при помощи животных, или зоохория 6. Человек

На отдельных деревьях скапливается до 100 000 особей одновременно, а общее число мигрирующих особей может достигать 50 миллионов.
Ежегодная миграция бабочек-монархов – одно из самых зрелищных природных явлений в Новом Свете. Весной миллионы бабочек из мест зимовки в тёплой Мексике летят через всю территорию США к границе с Канадой, а осенью повторяют этот долгий путь в обратном направлении, путешествие длиной в 3200 километров.

Автохоры

Ареал и его границы
Ареал каждого вида индивидуален и неповторим, он объединяет все конкретные местонахождения особей данного вида и является основным объектом биогеографии, географии растений, зоогеографии.
Наиболее полно и хорошо изучены ареалы хозяйственно ценных видов растений и животных.
Границы ареала могут быть обусловлены долготой дня, среднегодовыми суммами положительных температур, изотермой самого холодного или самого тёплого месяца, мощностью снежного покрова, водным балансом территории и проч.

Примером климатически обусловленной границы является северная граница ареала бука лесного, распространению которого препятствуют низкие зимние температуры:

В последние тысячелетия появился такой мощный фактор формирования ареалов, как деятельность человека. Распространение семян возделываемых растений и расширение их ареалов началось с появлением скотоводства и земледелия.
Вслед за человеком происходило расселение культивируемых и рудеральных растений, а также животных-синантропов, таких как серая крыса и домовая мышь. Другой аспект влияния деятельности человека — это сокращение площадей ареалов или полное их уничтожение при истреблении видов или разрушении первичного растительного покрова и мест обитания животных.
Формирование ареалов. Начинается с момента возникновения вида. Затем формирование ареала идет за счет миграции.

Сравнение разных ареалов позволяет выявить общие закономерности их структуры и динамики. Несмотря на разнообразие мест происхождения, возраста и факторов, лимитирующих существование видов, каждый ареал может быть охарактеризован с точки зрения его формы, географической приуроченности, размеров, направления изменчивости и особенностей размещения особей.
1. Ареалы различны по своим очертаниям независимо от размеров. В зависимости от непрерывности, традиционно выделяют две группы ареалов - сплошные и дизъюнктивные или разорванные, состоящие из нескольких частей.
Дизъюнктивные (разорванные) ареалы состоят из нескольких
частей. Причинами дизъюнкций могут быть изменения климата, история земной поверхности и деятельность человека.

2. В основу типизации ареалов могут быть положены различия в зонально-поясной приуроченности.
Любой ареал привязан к системе географических координат, которая проявляется широтно в виде природных зон (поясов) и долготно в виде природных подсекторов, связанных с градиентом континентальности. Но необходимо учитывать и рельеф. В горных ландшафтах существует высотная поясность.
Трёхмерная структура ареала, объединяющая воедино широтную, долготную и высотную составляющие, сейчас общепризнана. Двухмерными можно считать только ареалы, полностью находящиеся на равнине, так как в них вертикальная составляющая просто не реализована.
Широтная составляющая ареала — приуроченность ареала к определённому широтному отрезку территории – является одним из основных географических признаков ареала и определяется в первую очередь климатическими факторами. Границы ареалов на определённом протяжении могут почти совпадать с границами ландшафтных зон или климатических поясов.
Для формирования долготной составляющей ареала особое значение имеет разделение материков океанами, которые образуют барьеры, часто непосредственно служащие пределом
распространения видов.

3. В зависимости от величины ареала выделяют эврихорные и стенохорные виды. Те ареалы, которые покрывают большую часть обитаемых областей земного шара, называют космополитными.
Организмы узко распространенные называются стенохорными, а широко распространенные – эврихорными. Крайнее проявление стенохории – это эндемизм, а эврихории – космополитизм.
Особая группа космополитов — синантропные виды, такие как пастушья сумка или серая крыса.

Эндемизм
Небольшие (стенохорные) ареалы, занимающие ограниченную территорию, относят к узкоэндемичным. Понятие эндемизма — одно из ключевых в биогеографии. Эндемиками называют виды, ограниченные в своём распространении какой-либо определённой географической областью и не выходящие за ее границы.

Центры происхождения культурных растений

Наиболее планомерно эту проблему разрабатывал в 1926-1939 годах Н. И. Вавилов. На основании материалов о мировых растительных ресурсах он выделял 7 основных географических центров происхождения культурных растений.
Южноазиатский тропический центр (около 33 % от общего числа видов культурных растений).
Восточноазиатский центр ( 19% культурных растений).
Юго-Западноазиатский центр (14 % культурных растений).
Средиземноморский центр (примерно 11 % видов культурных растений).
Эфиопский (Абиссинский) центр (около 4 % культурных растений).
Центральноамериканский центр (примерно 10 %).
Андийский (Южноамериканский) центр (около 9 %).
Центры происхождения культурных растений — территории (области), в пределах которых формировались определённые виды сельскохозяйственных культур и откуда они распространились по всему миру. Такие центры есть на разных континентах, и каждая из этих областей дала миру свои уникальные культуры.
Распространению культурных растений по миру способствовали экспедиции путешественников. Благодаря X. Колумбу в Америку из Европы прибыли капуста, виноград, а в обратном направлении - картофель, томаты. Такой бартер между Старым и Новым Светом называют колумбовым обменом.
Интродукция — введение в культуру растений в места, где они ранее не произрастали

Экологические основы биогеографии. Понятие об экологических факторах
Экологический фактор – это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития. В свою очередь, организм реагирует на экологические факторы специфическими приспособительными реакциями.
Экологические факторы среды, с которыми связан любой организм, делятся на две категории: абиотические и биотические.

Главнейшие климатические факторы:
1. Поступающая от Солнца лучистая энергия, распространяющаяся в виде электромагнитных волн. Около 99% всей энергии составляют лучи с определённой длиной волны, причём 48% приходится на видимую часть спектра, 45% – на инфракрасную и около 7% – на ультрафиолетовую.
Абиотические факторы
5. Газовый состав атмосферы. Ее состав относительно постоянен и включает прежде всего азот и кислород с примесью незначительного количества диоксида, углерода и аргона, а также некоторые другие газы. В верхних слоях атмосферы – озон. Присутствуют в атмосфере твёрдые и жидкие частицы (водяные пары, оксиды, пыль и дым). Азот – важнейший биогенный элемент, участвующий в образовании белковых структур организмов. Кислород обеспечивает окислительные процессы; диоксид углерода – естественный демпфер солнечного и земного излучения. Озон выполняет экранирующую роль от ультрафиолетового излучения. Примеси мельчайших частиц влияют на
прозрачность атмосферы.

Абиотические факторы почвенного покрова и водной среды

Биотические факторы
Под биотическими факторами понимают совокупность влияния жизнедеятельности одних организмов на другие. Взаимоотношения между животными, растениями и микроорганизмами чрезвычайно многообразны. Их можно разделить на прямые и косвенные. Первые связаны с непосредственным воздействием одних организмов на другие; вторые проявляются, например, в том, что растения своим присутствием изменяют режимы абиотических факторов среды для животных и других растений.
Взаимодействие организмов классифицируют по их реакции друг на друга. Выделяют гомотипические реакции, под которыми понимают взаимодействие между особями одного вида (эффект группы, защита кормового участка или участка гнездования), и гетеротипические – коакции (взаимодействие, взаимовлияние) между особями разных видов.
Растения создают первичное органическое вещество и следовательно обеспечивают энергией все иные организмы, представляя собой их пищу. Пищевой (или трофический) фактор может разниться по количеству, качеству и доступности.
Каждому растению необходим определённый состав минеральных элементов. Любой вид животного по-своему требователен к качеству пищи. Среди них различают виды, способные питаться одним видом растения или животного (монофаги), многими видами (полифаги) и питание более или менее ограниченным ассортиментом кормов (широкие или узкие олигофаги).

Справочная таблица содержит экологические группы растений по отношению к воде, к свету, к температуре, к плодородности почвы (трофности) и по отношению к кислотности почвы
Экологическая группа — совокупность видов, характеризующаяся сходными потребностями в величине какого-либо экологического фактора и возникшими в результате его воздействия в процессе эволюции сходными признаками, закрепившимися в генотипе.

Из перечисленных пяти основных жизненных форм наиболее примитивной, родоначальной формой следует считать ту, которая господствовала на Земле в период, когда климатические пояса и зоны были ещё не выражены. В это время климат мало чем отличался от климата современных влажных тропических лесов. Следовательно, первичной формой следует считать фанерофитов с незащищёнными почками, ныне господствующих в этих лесах.

Основные ранги таксонов — вид, род, семейство, класс, отдел.